EP0883595B1 - Procede d'hydrogenation de composes nitres aromatiques - Google Patents

Procede d'hydrogenation de composes nitres aromatiques Download PDF

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EP0883595B1
EP0883595B1 EP96941077A EP96941077A EP0883595B1 EP 0883595 B1 EP0883595 B1 EP 0883595B1 EP 96941077 A EP96941077 A EP 96941077A EP 96941077 A EP96941077 A EP 96941077A EP 0883595 B1 EP0883595 B1 EP 0883595B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
reaction
nitro compounds
reaction mixture
process according
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP96941077A
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German (de)
English (en)
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EP0883595A1 (fr
Inventor
Bernard Chambost
Philippe Marion
Corinne Mathieu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhodia Chimie SAS
Original Assignee
Rhodia Chimie SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Chimie SAS filed Critical Rhodia Chimie SAS
Publication of EP0883595A1 publication Critical patent/EP0883595A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0883595B1 publication Critical patent/EP0883595B1/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/30—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds
    • C07C209/32—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups
    • C07C209/36—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups by reduction of nitro groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings in presence of hydrogen-containing gases and a catalyst

Definitions

  • the present invention relates to the hydrogenation of aromatic nitro compounds into using a fixed bed catalyst.
  • nitrobenzene is introduced in the form vaporized in the reactor, where it is contacted with hydrogen.
  • This operation is carried out in a tubular reactor, the first of which comprises a fixed bed catalyst and a cooling system, therefore not operating adiabatically; and the second includes a fixed bed catalyst, working in adiabatic.
  • This document does not recommend a reaction conducted in a fully adiabatic system.
  • the object of the present invention is therefore to propose such a type of process which not having the aforementioned drawbacks of hydrogenation reactions using uses catalysts in a fixed bed.
  • the method according to the invention has all the advantages of the methods using fixed beds compared to agitated suspension processes of catalyst.
  • the method according to the invention is easy to implement with a less investment. Indeed, it is no longer necessary to provide systems catalyst separation complexes once the reaction is complete, or even to provide agitation systems, with all the sealing problems that this entails.
  • the method according to the invention makes it possible to resolve the difficulties linked to the conducting the reaction in a fixed bed, that is to say the exotherm of the reaction.
  • the present invention which therefore relates to a process for the hydrogenation of aromatic nitro compounds in which the minus one aromatic nitro compound with hydrogen in two reactors fixed bed catalytic converters operating in adiabatic mode; process in which a part of the reaction mixture leaving the first reactor is recycled to the latter, the other part being introduced into the second reactor.
  • the method according to the invention is carried out in a set of two reactors in series.
  • each of the reactors preferably takes place at the gas co-current and liquid. It is possible to inject the reagents and / or the reaction mixture from above or from the bottom of the reactor.
  • the process is in a so-called "trickling" catalytic bed and the phase continuous in the reactor is a gas phase.
  • each of the reactors is supplied with hydrogen, at least one aromatic nitro compound and / or the reaction mixture recycled or not, cocurrently, of so that the continuous phase in said reactors is liquid.
  • This mode of feeding is particularly suitable because it increases the efficiency gas-liquid and liquid-solid contacts. Furthermore, the fact that the catalyst is continuously submerged reduces the risk of degradation of the latter, due to local overheating.
  • One of the essential characteristics of the invention resides in the fact that a part of the reaction mixture from the first reactor is recycled to the stream supplying the latter, the other part being introduced into the second reactor.
  • the ratio of the feed rate of the first reactor in aromatic nitro compounds at the rate of reaction mixture recycled in the first reactor is such that the concentration of nitro compounds is between 0.1 and 10% by weight in the first reactor.
  • the ratio of the flow supply of the first reactor with aromatic nitro compounds at the rate of reaction mixture recycled in the first reactor is between 5 and 1000.
  • the temperature in the bottom of the first reactor is of the order of 50 to 200 ° C and more particularly of the order of 80 to 170 ° C.
  • the temperature rise that is to say the difference of the outlet temperature of the reaction mixture and that of the nitro compounds and / or the recycled reaction mixture is less than 120 ° C.
  • the mixture leaving the first reactor comprises nitro compounds having no unreacted, the corresponding hydrogenated aromatics, water and hydrogen.
  • the reaction mixture from the first reactor is introduced into a gas-liquid separator.
  • the resulting gas fraction is fed to the second reactor while the liquid fraction is separated into two parts, one of which is recycled in the stream feed to the first reactor.
  • This separation operation can be carried out in any type of apparatus conventional such as cylindrical tanks, cyclones.
  • reaction mixture Before recycling to the first reactor, the reaction mixture is cooled to the desired temperature after mixing with the reagents.
  • reaction mixture leaving the first reactor is separated from the gas it contains, prior to recycling to the latter and introduction into the second reactor.
  • the mixture reaction mixture introduced into the above-mentioned exchanger is a reaction mixture free of most of the gases it contains.
  • the reactors in which the process is carried out are preferably cylindrical tubes provided with conventional means for retaining the fixed bed of catalyst and to distribute the liquid and gas flows.
  • the reactors used are of a technology simple and inexpensive, which is an advantage compared to reactors with stirred catalyst suspension.
  • the behavior of the first reactor, due to the high recycling rate, is of the agitated type.
  • a type reactor is used piston.
  • the combination of the two reactors is advantageous because it minimizes the overall quantity of catalyst and therefore the size of the reactors.
  • the second reactor corresponds to a finisher through which we reach 100% conversions.
  • Aromatic nitro compounds treated according to the process of the invention include at least one nitro group.
  • the aromatic nitro compounds treated comprise at least minus two nitro groups.
  • aromatic nitro compounds which are particularly suitable for the invention, there may be mentioned nitrobenzene, mononitrotoluenes, dinitrobenzenes, dinitrotoluenes.
  • the method according to the invention can advantageously be implemented with a mixture of isomers.
  • Aromatic nitro compounds can be used in the presence of a solvent for said aromatic nitro compounds.
  • the solvent used is chosen from alcohols aliphatics or cynical ethers, alone or in admixture
  • aliphatic alcohol methanol, ethanol, propanol, isopropanol, alone or as a mixture
  • Mention may be made, as cynical ether, of dioxane and tetrahydrofuran, alone or as mixed.
  • the new aromatic nitro compounds prior to injection into the first reactor, are dissolved in the solvent or the mixture of aforementioned solvents.
  • the concentration of nitro compounds in the solvent or mixture of solvents can vary in a wide area. However, single-phase mixtures are used, that is to say for which the solubility limit of the nitro compound (s) is not damage to the solvent or mixture in question. Without intending to limit itself, the concentration range is less than or equal to 25% by weight.
  • the solvent used is reaction mixture from the first reactor. If this variant is selected, the New aromatic nitro compounds are fed in the liquid or molten state.
  • This variant is interesting in the sense that it does not dilute the reagent as this is the case with the use of a solvent or a mixture of solvents. This contributes in particular to maintain high productivity in the process. Furthermore, this variant eliminates any additional step of separation of the products of the solvents used during the reaction, which involves risks of loss of hydrogenated products.
  • the hydrogen used is more particularly pure hydrogen.
  • pure we means a gas comprising at least 99% hydrogen, and more particularly at minus 99.9% hydrogen. It should be noted that this would not go beyond the scope of the present invention by carrying out the hydrogenation reaction with diluted hydrogen, although this does not provide any particular benefit to the reaction.
  • Hydrogen is supplied in stoichiometric quantity. However, from preferably, hydrogen is used in excess compared to the nitro compounds aromatic.
  • the hydrogen content is such that the excess relative to the stoichiometry is between 5 and 50 mol%. It should be noted that putting works the hydrogenation reaction in the presence of an excess of hydrogen does not pose problem of loss in this gas because it can be recycled.
  • the hydrogen pressure in the reactor varies between 5 and 150 bar, preferably between 10 and 50 bar.
  • the supply of this gas is carried out by any means known to those skilled in the art. profession, allowing to have a homogeneous distribution of this gas within the reactor.
  • the reaction is carried out in the presence of a hydrogenation catalyst classic in the field.
  • a catalyst based on a metal from group VIII of the classification is used. of the elements, supported or not.
  • metals of group VIII mention may be made most particularly of nickel, platinum, palladium, these metals being used alone or as a mixture.
  • Raney nickel is particularly suitable.
  • the support can be chosen from inert materials such as kieselguhr, coal, alumina, silica.
  • the metal content is usually between 0.1 and 10% by weight, preferably between 0.3 and 5% by weight.
  • the catalyst is in a form suitable for operation in a fixed bed.
  • balls, extrusions, broken pieces are possible shapes.
  • the size of the objects is between 1 and 5 mm.
  • the figure shows a preferred embodiment of the invention, i.e. in which the catalytic bed is immersed.
  • Flows 1 ⁇ and 2 ⁇ respectively represent hydrogen and the aromatic nitro compound, preferably in the molten state.
  • the flow1 ⁇ is homogeneously distributed inside the reactor.
  • the flows 1 ⁇ and 2 ⁇ are brought into contact with the catalyst in reactor A.
  • flow 3 ⁇ is introduced into a gas-liquid separator B from which is separated a gaseous fraction 4 ⁇ mainly comprising hydrogen, and a liquid fraction5 ⁇ .
  • the entire flow 5 ⁇ is directed towards exchanger C.
  • the purpose of this exchanger is to reduce the temperature of the mixture degassed reaction so as to obtain the desired temperature after mixing with the nitro compounds of stream 2 ⁇ .
  • part of the flow 5a is directed towards the reactor D; the other part, 5b, is recycled at the bottom of reactor A.
  • part of this flow 5 ⁇ is derived in upstream of the exchanger C. This makes it possible in particular to reduce the size of the exchanger.
  • the liquid fraction 5a, possibly 5'a, and the gas flow 4 ⁇ feed the reactor D so as to keep the catalytic bed submerged.
  • the reaction mixture 6 ⁇ is introduced into a separator and the gas fraction 7 ⁇ , comprising mainly hydrogen can advantageously be recycled upstream of the process, for example to the supply of reactor A.
  • the liquid fraction 8 ⁇ comprising water and the compounds hydrogenated aromatics are treated to remove water.
  • the hydrogenated compounds can in particular be used for the preparation of isocyanates, intermediates of polyurethanes.
  • the hydrogenation reaction is carried out in an apparatus of which the arrangement corresponds to that of the figure.
  • Reactor A corresponds to a tube with a diameter of 45 mm and a height of 800 mm.
  • Reactor D corresponds to a tube with a diameter of 15 mm and a height of 500 mm.
  • Reactor A comprises 643 g of a Pd / C catalyst comprising 0.5% by weight of palladium, in the form of broken grains with an average size of around 3 mm.
  • Reactor D comprises 50 g of the same catalyst as above.
  • Industrial dinitrotoluene comprising 96% of a mixture of isomers is introduced 2.4 / 2.6 in a 4/1 ratio and 4% of 3.5 / 3.4 / 2.5 isomers, with a flow rate of 245 g / h.
  • the hydrogen flow rate is 580 NI / h.
  • the pressure in the reactor is 25 bar.
  • the inlet temperature to this reactor is 80 ° C. and the outlet temperature from 100 ° C.
  • the conversion rate of the dinitrotoluene supplied is greater than 95%.
  • the reactor D is supplied so that the volume in the first reactor remains constant.
  • the pressure of reactor D is identical and the inlet temperature is 80 ° C.

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Description

La présente invention a trait à l'hydrogénation de composés nitrés aromatiques en mettant en oeuvre un catalyseur en lit fixe.
Parmi les procédés de ce type, on peut dénombrer deux catégories, la première mettant en oeuvre un catalyseur sous forme de suspension agitée, la seconde mettant en oeuvre un catalyseur en lit fixe.
Les procédés mettant en jeu des catalyseurs sous forme de suspension agitée ont fait l'objet de développements industriels importants. En effet, malgré un investissement élevé, ils présentent l'avantage de contrôler efficacement l'exothermie de la réaction d'hydrogénation, qui est importante pour ce type de composés. Par ailleurs, l'hydrogénation de composés nitrés sur catalyseur en suspension agitée présente de bonnes performances, en terme de sélectivité en composé souhaité, de conversion du produit nitré et en productivité. Enfin, le remplacement du catalyseur est relativement facile pour ces procédés, ce qui contribue à la conservation de leurs bonnes performances.
L'autre catégorie consistant à employer des catalyseurs en lit fixe pour l'hydrogénation de composés nitrés aromatiques n'a pas fait l'objet d'un développement à l'échelle industrielle aussi poussé que la précédente catégorie. En effet, la difficulté majeure avec ce procédé réside dans l'évacuation des calories dégagées lors de la réaction ; évacuation qui, si elle n'est pas suffisante, peut causer un emballement de la réaction mais aussi une baisse des performances du procédé et une dégradation du catalyseur employé.
Une solution préconisée pour l'évacuation de la chaleur de réaction a été de recycler une fraction du mélange réactionnel, refroidi au préalable.
Ainsi, dans la demande de brevet français FR 2126832, on a proposé d'effectuer l'hydrogénation de composés nitrés aromatiques dans un réacteur de forme tubulaire, à lit fixe de type ruisselant (c'est-à-dire injection des réactifs à co-courant du haut vers le bas du réacteur) dans lequel le flux d'alimentation comprend une partie du mélange réactionnel recyclé provenant dudit réacteur. Cependant, les dimensions du réacteur sont telles que l'on ne peut pas considérer ce réacteur comme fonctionnant en adiabatique car 60 à 70 % des échanges thermiques se font par des pertes au niveau des parois dudit réacteur. Par conséquent, une extrapolation à l'échelle industrielle de ce procédé conduirait à avoir des réacteurs dont la hauteur serait considérablement plus grande que la section, de manière à conserver un échange thermique au niveau des parois raisonnable. Toutefois, de tels réacteurs nécessiteraient l'utilisation de quantités de catalyseur très importantes, ce qui diminuerait l'un des intérêts du procédé à lit fixe par rapport aux suspensions de catalyseurs. Une autre possibilité pour l'exploitation à l'échelle industrielle de ce type de procédé, serait d'augmenter les échanges thermiques avec le flux réactionnel recyclé. En d'autres termes, cela consisterait à augmenter de manière considérable le taux de recyclage du milieu réactionnel. Dans ce cas, la productivité d'un tel procédé serait beaucoup trop faible, du fait de la dilution importante requise des composés à nitrer et de la nécessité de convertir totalement ces composés.
Dans la demande de brevet GB 1452466, qui a plus particulièrement pour objet l'hydrogénation du nitrobenzène en aniline, le nitrobenzène est introduit sous forme vaporisée dans le réacteur, où il est mis en contact avec l'hydrogène. Cette opération est effectuée dans un réacteur tubulaire, dont la première comprend un catalyseur en lit fixe et un système de refroidissement, donc ne fonctionnant pas en adiabatique ; et la seconde comprend un catalyseur en lit fixe, fonctionnant en adiabatique. Ce document ne préconise pas une réaction conduite dans un système totalement adiabatique.
La publication "Adiabatic process of catalytic reduction of nitrobenzene to aniline" (IZV. KHIM., vol. 16, no. 1-2, 1983, pp. 38-43) concerne l'hydrogénation de nitrobenzène dans un réacteur adiabatique, utilisant des effluents gazeux comprenant de l'hydrogène.
Comme on peut le constater, il n'y a pas à l'heure actuelle de procédés d'hydrogénation en lit fixe de composés nitrés aromatiques exploitables industriellement de manière satisfaisante.
La présente invention a donc pour objet de proposer un tel type de procédé ne présentant pas les inconvénients précités des réactions d'hydrogénation mettant en oeuvre des catalyseurs en lit fixe.
Ainsi, le procédé selon l'invention présente tous les avantages des procédés mettant en oeuvre des lits fixes comparés aux procédés en suspension agitée de catalyseur.
Notamment, le procédé selon l'invention est de mise en oeuvre facile avec un investissement amoindri. En effet, il n'est plus nécessaire de prévoir des systèmes complexes de séparation du catalyseur une fois la réaction terminée, ni même de prévoir des systèmes d'agitation, avec tous les problèmes d'étanchéité que cela comporte.
De plus, le procédé selon l'invention permet de résoudre les difficultés liées à la conduite de la réaction en lit fixe, c'est-à-dire l'exothermie de la réaction.
Enfin, les performances du procédé selon l'invention, en terme de productivité et de sélectivité, sont tout à fait comparables, en terme de productivité et de sélectivité, à celles obtenues par les procédés utilisant des suspensions de catalyseur agité.
Ces buts et d'autres sont atteints par la présente invention qui a donc pour objet un procédé d'hydrogénation de composés nitrés aromatiques dans lequel on fait réagir au moins un composé nitré aromatique avec de l'hydrogène dans deux réacteurs catalytiques à lit fixe en série fonctionnant en adiabatique ; procédé dans lequel une partie du mélange réactionnel sortant du premier réacteur est recyclée à ce dernier, l'autre partie étant introduite dans le second réacteur.
Mais d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront apparentes à la lecture de la description, de la figure et des exemples qui vont suivre.
Pour des raisons de commodité, les appareillages et leur enchaínement vont tout d'abord être décrits.
Comme cela a été indiqué auparavant, le procédé selon l'invention est réalisé dans un ensemble de deux réacteurs en série.
L'alimentation de chacun des réacteurs a lieu de préférence à co-courant de gaz et de liquide. Il est possible d'injecter les réactifs et/ou le mélange réactionnel par le haut ou par le bas du réacteur.
Dans le premier cas, le procédé est en lit catalytique dit "ruisselant" et la phase continue dans le réacteur est une phase gazeuse.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux et préféré de l'invention, on alimente chacun des réacteurs avec de rhydrogène, au moins un composé nitré aromatique et/ou le mélange réactionnel recyclé ou non, à co-courant, de manière à ce que la phase continue dans lesdits réacteurs soit liquide.
Un tel résultat est obtenu en alimentant les réacteurs du bas vers le haut. De cette façon, le lit de catalyseur est immergé dans les réactifs et/ou le mélange réactionnel.
Ce mode d'alimentation est particulièrement approprié car il augmente l'efficacité des contacts gaz-liquide et liquide-solide. Par ailleurs, le fait que le catalyseur soit continuellement immergé diminue les risques de dégradation de ce dernier, dus à des surchauffes locales.
On ne sortirait pas du cadre de la présente invention en mettant en oeuvre deux réacteurs alimentés différemment. Cependant, on préfère utiliser deux réacteurs alimentés par le bas.
L'une des caractéristiques essentielles de l'invention réside dans le fait qu'une partie du mélange réactionnel issu du premier réacteur est recyclée dans le flux d'alimentation de ce dernier, l'autre partie étant introduite dans le second réacteur.
Plus particulièrement, le rapport du débit d'alimentation du premier réacteur en composés nitrés aromatiques au débit de mélange réactionnel recyclé dans le premier réacteur est tel que la concentration en composés nitrés soit comprise entre 0,1 et 10 % en poids dans le premier réacteur.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le rapport du débit d'alimentation du premier réacteur en composés nitrés aromatiques au débit de mélange réactionnel recyclé dans le premier réacteur est compris entre 5 et 1000.
La température dans le pied du premier réacteur est de l'ordre de 50 à 200 °C et plus particulièrement de l'ordre de 80 à 170 °C.
En sortie du premier réacteur, l'élévation de température, c'est-à-dire la différence de température de sortie du mélange réactionnel et celle d'entrée des composés nitrés et/ou du mélange réactionnel recyclé est inférieure à 120°C.
Le mélange sortant du premier réacteur comprend des composés nitrés n'ayant pas réagi, les composés aromatiques hydrogénés correspondants, de l'eau ainsi que de l'hydrogène.
Selon une variante de l'invention, le mélange réactionnel issu du premier réacteur est introduit dans un séparateur gaz-liquide.
La fraction gazeuse résultante est alimentée au second réacteur tandis que la fraction liquide est séparée en deux parties dont l'une est recyclée dans le flux d'alimentation du premier réacteur.
Cette opération de séparation peut être réalisée dans tout type d'appareillage conventionnel tel que des réservoirs de forme cylindrique, des cyclones.
Préalablement au recyclage dans le premier réacteur, le mélange réactionnel est refroidi pour avoir la température souhaitée après mélange avec les réactifs.
De préférence le mélange réactionnel sortant du premier réacteur est séparé des gaz qu'il contient, préalablement au recyclage à ce dernier et à l'introduction dans le second réacteur.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le mélange réactionnel introduit dans l'échangeur précité est un mélange réactionnel débarrassé de la majeure partie des gaz qu'il contient.
Les réacteurs dans lesquels sont mis en oeuvre le procédé sont de préférence des tubes de forme cylindrique munis des moyens classiques pour retenir le lit fixe de catalyseur et pour distribuer les flux liquide et gazeux.
Comme on peut le constater, les réacteurs employés sont d'une technologie simple et peu coûteuse, ce qui représente un avantage par rapport aux réacteurs avec suspension de catalyseur agité.
Le comportement du premier réacteur, du fait du taux de recyclage important, est du type agité.
En ce qui concerne le second réacteur, on met en oeuvre un réacteur de type piston. L'association des deux réacteurs est avantageuse car elle permet de minimiser la quantité globale de catalyseur et donc la taille des réacteurs.
Le dimensionnement de ces appareillages peut être effectué de manière classique par l'homme du métier en fonction du type de réacteur (agité, piston), de la conversion souhaitée et du débit de composés nitrés à hydrogéner.
La majeure partie de la réaction d'hydrogénation est réalisée dans le premier réacteur. En effet, on atteint une conversion supérieure ou égale à 90 % en composés nitrés aromatiques hydrogénés par rapport aux composés nitrés aromatiques alimentés dans la boucle de recyclage.
Le second réacteur correspond à un finisseur grâce auquel on atteint des conversions de 100 %.
Les composés nitrés aromatiques traités selon le procédé de l'invention comprennent au moins un groupement nitro.
Plus particulièrement, les composés nitrés aromatiques traités comprennent au moins deux groupements nitro.
A titre de composés nitrés aromatiques convenant particulièrement à l'invention, on peut citer le nitrobenzène, les mononitrotoluènes, les dinitrobenzènes, les dinitrotoluènes.
Le procédé selon l'invention peut être avantageusement mis en oeuvre avec un mélange des isomères.
Les composés nitrés aromatiques peuvent être mis en oeuvre en présence d'un solvant desdits composés nitrés aromatiques.
Selon une première variante, le solvant employé est choisi parmi les alcools aliphatiques ou les éthers cyniques, seuls ou en mélange
Plus particulièrement, on utilise à titre d'alcool aliphatique le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, seuls ou en mélange
A titre d'éther cynique, on peut citer le dioxane, le tétrahydrofuranne, seuls ou en mélange.
Selon cette variante, les composés nitrés aromatiques neufs, préalablement à l'injection dans le premier réacteur, sont solubilisés dans le solvant ou le mélange de solvants précités.
La concentration en composés nitrés dans le solvant ou le mélange de solvants, peut varier dans un large domaine. On utilise cependant des mélanges monophasiques, c'est-à-dire pour lesquels la limite de solubilité du ou des composés nitrés n'est pas atteinte pour le solvant ou le mélange en question. Sans intention de se limiter, la gamme de concentration est inférieure ou égale à 25 % en poids.
Selon une seconde variante préférée de l'invention, le solvant employé est le mélange réactionnel issu du premier réacteur. Si cette variante est retenue, les composés nitrés aromatiques neufs sont alimentés à l'état liquide ou fondu.
Cette variante est intéressante en ce sens où elle ne dilue pas le réactif comme c'est le cas avec l'usage d'un solvant ou d'un mélange de solvants. Cela contribue notamment à conserver une productivité élevée au procédé. Par ailleurs, cette variante s'affranchit de toute étape supplémentaire de séparation des produits du ou des solvants mis en oeuvre lors de la réaction, qui comporte des risques de pertes des produits hydrogénés.
L'hydrogène employé est plus particulièrement de l'hydrogène pur. Par pur, on entend un gaz comprenant au moins 99 % d'hydrogène, et plus particulièrement au moins 99,9 % d'hydrogène. Il est à noter que l'on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en mettant en oeuvre la réaction d'hydrogénation avec de l'hydrogène dilué, bien que cela n'apporte pas d'avantages particulier à la réaction.
L'hydrogène est alimenté dans la quantité stoechiométrique. Cependant, de préférence, on emploie l'hydrogène en excès par rapport aux composés nitrés aromatiques.
Plus particulièrement, la teneur en hydrogène est telle que l'excès par rapport à la stoechiométrie est compris entre 5 et 50 % molaire. Il est à noter que le fait de mettre en oeuvre la réaction d'hydrogénation en présence d'un excès d'hydrogène ne pose pas de problème de perte en ce gaz car celui-ci peut être recyclé.
La pression d'hydrogène dans le réacteur varie entre 5 et 150 bar, de préférence entre 10 et 50 bar.
L'alimentation en ce gaz est effectuée par tout moyen connu de l'homme du métier, permettant d'avoir une répartition homogène de ce gaz au sein du réacteur.
La réaction est mise en oeuvre en présence d'un catalyseur d'hydrogénation classique dans le domaine.
Ainsi, on utilise un catalyseur à base d'un métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments, supporté ou non.
Parmi les métaux du groupe VIII, on peut citer tout particulièrement le nickel, le platine, le palladium, ces métaux étant utilisés seuls ou en mélange.
Parmi les catalyseurs non supportés, convient notamment le nickel de Raney.
Dans le cas où l'hydrogénation est effectuée en présence d'un catalyseur supporté, le support peut être choisi parmi les matériaux inertes tels que le kieselguhr, le charbon, l'alumine, la silice.
Dans ce cas, la teneur en métal est habituellement comprise entre 0,1 et 10 % en poids, de préférence entre 0,3 et 5 % en poids.
Le catalyseur se présente sous une forme appropriée à une exploitation en lit fixe. Par exemple les billes, les extrudés, les brisures sont des formes possibles.
Généralement, la taille des objets est comprise entre 1 et 5 mm.
La figure représente un mode de réalisation préféré de l'invention, c'est-à-dire dans lequel le lit catalytique est immergé. Les flux 1 ○ et 2 ○ représentent respectivement l'hydrogène et le composé aromatique nitré, de préférence à l'état fondu. Le flux1 ○ est réparti de façon homogène à l'intérieur du réacteur.
Les flux1 ○ et 2 ○ sont mis en contact du catalyseur dans le réacteur A.
En sortie du réacteur, le flux 3 ○ est introduit dans un séparateur gaz-liquide B duquel est séparé une fraction gazeuse 4 ○ comprenant majoritairement de l'hydrogène, et une fraction liquide5 ○.
Selon un premier mode de réalisation, la totalité du flux 5 ○ est dirigée vers l'échangeur C. Cet échangeur a pour objectif de diminuer la température du mélange réactionnel dégazé de manière à obtenir la température souhaitée après mélange avec les composés nitrés du flux 2 ○.
En sortie de l'échangeur C une partie du flux 5a est dirigée vers le réacteur D ; l'autre partie, 5b, est recyclée en pied du réacteur A.
Selon un second mode de réalisation, une partie de ce flux 5 ○ est dérivée en amont de l'échangeur C. Ceci permet notamment de diminuer la taille de l'échangeur. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on peut dériver une partie du flux, appelée 5'a, et/ou une partie du flux, appelée 5'b, en amont de l'échangeur pour les combiner ensuite avec les flux 5a et 5b respectivement.
La fraction liquide 5a, éventuellement 5'a, et le flux gazeux 4 ○ alimentent le réacteur D de façon à conserver le lit catalytique immergé. Le mélange réactionnel 6 ○ est introduit dans un séparateur et la fraction gazeuse 7 ○, comprenant majoritairement de l'hydrogène peut être avantageusement recyclée en amont du procédé, par exemple à l'alimentation du réacteur A. La fraction liquide8 ○ comprenant l'eau et les composés aromatiques hydrogénés sont traités pour éliminer l'eau.
Les composés hydrogénés peuvent notamment être employés pour la préparation d'isocyanates, intermédiaires des polyuréthannes.
L'exemple suivant illustre l'invention sans la limiter.
EXEMPLE
La réaction d'hydrogénation est mise en oeuvre dans un appareillage dont l'agencement correspond à celui de la figure.
Le réacteur A correspond à un tube de diamètre de 45 mm et d'une hauteur de 800 mm.
Le réacteur D correspond à un tube de diamètre de 15 mm et d'une hauteur de 500 mm.
Le réacteur A comprend 643 g d'un catalyseur Pd/C comprenant 0,5 % en poids de palladium, sous la forme de brisures d'une taille moyenne de 3 mm environ.
Le réacteur D comprend 50 g du même catalyseur que précédemment.
On introduit du dinitrotoluène industriel comprenant 96 % d'un mélange d'isomères 2.4/2.6 dans un rapport 4/1 et 4 % d'isomères 3.5/3.4/2.5, avec un débit de 245 g/h.
Le débit d'hydrogène est de 580 NI/h.
La pression dans le réacteur est de 25 bar.
La température d'entrée dans ce réacteur est de 80 °C et celle de sortie de 100 °C.
Un débit de 20 l/h de mélange réactionnel dégazé et refroidi pour obtenir une température voisine de 80 °C, est recyclé au réacteur A.
Dans ce réacteur, le taux de conversion du dinitrotoluène alimenté est supérieur à 95 %.
On alimente le réacteur D de telle sorte que le volume dans le premier réacteur reste constant.
La pression du réacteur D est identique et la température d'entrée est de 80 °C.
En sortie de ce second réacteur, la conversion des dinitrotoluènes est totale et la sélectivité supérieure à 98 %.

Claims (10)

  1. Procédé d'hydrogénation de composés nitrés aromatiques, caractérisé en ce que l'on fait réagir au moins un composé nitré aromatique avec de l'hydrogène dans deux réacteurs catalytiques à lit fixe en série, fonctionnant en adiabatique ; procédé dans lequel une partie du mélange réactionnel sortant du premier réacteur est recyclé à ce dernier, l'autre partie étant introduite dans le second réacteur ; et dans lequel on alimente chacun des réacteurs avec de l'hydrogène, au moins un composé nitré et/ou le mélange réactionnel recyclé ou non, à co-courant, de manière à ce que la phase continue dans lesdits réacteurs soit liquide.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport du débit d'alimentation du premier réacteur en composés nitrés au débit de mélange réactionnel recyclé dans le premier réacteur est tel que la concentration en composés nitrés aromatiques soit comprise entre 0,1 et 10 % en poids dans le premier réacteur.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction de telle sorte que la différence entre la température de sortie du mélange réactionnel et celle d'entrée des composés nitrés et/ou du mélange réactionnel recyclé est inférieure à 120°C.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on sépare les gaz du mélange réactionnel sortant du premier réacteur, avant le recyclage à ce dernier, et avant l'introduction dans le second réacteur.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait réagir des composés nitrés aromatiques comprenant au moins un groupement nitré.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction en présence d'un solvant desdits composés nitrés aromatiques.
  7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction en présence d'un solvant choisi parmi les alcools aliphatiques ou les éthers cycliques, seuls ou en mélange.
  8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction en présence d'un solvant qui est le mélange réactionnel.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction en présence d'un excès d'hydrogène par rapport à la stoechiométrie de 5 à 50 % molaire.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue la réaction en présence d'un catalyseur à base d'au moins un métal du groupe VIII, supporté ou non.
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